Спектры комбинационного рассеяния (КР) редко поступают из спектрометра непосредственно в модель. Прежде чем извлекать количественную информацию, их обычно необходимо предобработать: обрезать полезную спектральную область, удалить выбросы-пики, вычесть базовую линию и нормализовать данные. Этот учебный материал демонстрирует такой процесс на реальных спектрах КР из публикации «Process monitoring of zeolite crystallization: Bridging in situ Raman spectroscopy, ex situ XRD, and predictive machine learning models».
Интерзеолитное превращение происходит в ходе синтеза цеолитов, когда одна кристаллическая фаза переходит в другую, поэтому отслеживание вклада каждой фазы во времени имеет большую ценность. Спектроскопия КР может отслеживать этот процесс, однако спектры необходимо деконволюировать. Метод неотрицательных наименьших квадратов (NNLS) хорошо подходит для этой задачи: измеренный спектр описывается как неотрицательная комбинация эталонных спектров отдельных фаз. Учебный материал посвящён обработке данных КР и NNLS, начиная с необработанных спектров и восстанавливая относительную динамику фожазита (FAU) и гизмондина (GIS) в ходе кристаллизации.
Полный набор данных находится в открытом доступе в формате Nexus/HDF5 на Zenodo, а учебный материал предоставлен в виде блокнота Jupyter. Формат Nexus удобен тем, что спектры и экспериментальные метаданные, включая время кристаллизации, хранятся вместе. Спектры, полученные через 0 и 16 часов, были исключены, поскольку признаки КР цеолита ещё не были достаточно информативными, поэтому анализ начинается с 18 часов.
Первый шаг предобработки — обрезка спектров до области 250–1250 см⁻¹. Поскольку спектры не регистрировались на точно одинаковой шкале сдвига КР, каждый из них интерполируется на общую шкалу, прежде чем объединяется в единую матрицу данных. Обрезка и интерполяция выполняются до удаления пиков и вычитания базовой линии, поэтому эти алгоритмы работают только с релевантным, согласованным сигналом.
Источник: Towards Data Science · Сводку подготовил HeadlinesBriefing